CYRF7936
2.4 GHz CyFi (TM) 收发器
特性
■ 2.4 GHz 直接序列扩频 (DSSS) 无线收发器
■ 可在全球工业、科学和医疗 (ISM) 免执照频段
(2.400 GHz – 2.483 GHz) 内工作
■ 21 mA 工作电流 (发射功率为 –5 dBm 时)
■ 最大发射功率 +4 dBm
■ 接收灵敏度最大可达 –97 dBm
■ 睡眠电流 <1 μA
■ DSSS 数据速率最大可达 250 kbps, GFSK 数据速率为
1 Mbps
■ 外部元件使用较少
■ 自动事务处理序列发生器 (ATS) — 无 MCU 干预
■ 成帧、长度、 CRC16 和自动 ACK
■ 适用于 MCU 的电源管理装置 (PMU)
■ 快速启动和快速频道更改
■ 独立的 16 字节发送和接收 FIFO
■ 动态数据速率接收
■ 接收信号强度指示 (RSSI)
■ 睡眠模式下的串行外设接口 (SPI) 控制
■ 4 MHz SPI 微控制器接口
■ 电池电压监控电路
■ 支持钮扣电池供电应用
■ 工作电压为 1.8V 到 3.6V
■ 工作温度为 0 到 70°C
■ 节省空间的 40 引脚 QFN 6x6 mm 封装
应用
■ 无线传感器网络
■ 无线制动器控制
■ 家庭自动化
■ 大型家用电器
■ 商用建筑自动化
■ 自动抄表器
■ 精准农业
■ 远程控制
■ 消费电子产品
■ 个人保健
■ 玩具
应用支持
有关开发工具、参考设计和应用笔记,请参见
www.cypress.com。
逻辑框图
VREG
VDD
VCC
PACTL
L/D
VBAT
VIO
IRQ
SS
SCK
MISO
MOSI
RST
PMU
CyFi Radio Modem
Data
Interface
and
Sequencer
SPI
RSSI
DSSS
Baseband
& Framer
GFSK
Modulator
GFSK
Demodulator
RFP
RFN
RFBIAS
Xtal Osc
Synthesizer
XTAL
XOUT
GND
Cypress Semiconductor Corporation
文件编号: 001-50428 修订版 **
•
198 Champion Court
•
San Jose, CA 95134-1709
408-943-2600
修订时间 2008 年 12 月 11 日
•
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CYRF7936
功能描述
CYRF7936 CyFi™ 收发器是专为低功耗嵌入式无线应用而设计的无线 IC。 结合赛普拉斯的 PSoC® 可编程片上系统以及 CyFi 网
络协议栈, CYRF7936 可用于实现完整的 CyFi 无线系统。
图 1. 引脚图 — CYRF7936 40 引脚 QFN
Corner
tabs
V
R
E
G
N
C
V
B
A
T
0
/
L
D
N
C
V
D
D
R
S
T
VI
O
N
C
N
C
4
0
3
9
3
8
3
7
3
6
3
5
3
4
3
3
3
2
3
1
XTAL
NC
VCC
NC
NC
VBAT1
VCC
VBAT2
NC
1
2
3
4
5
6
7
8
9
RFBIAS
10
CYRF7936
CyFi Transciever
40 lead QFN
* E- PAD Bottom Side
1
1
1
2
1
3
1
4
1
5
1
6
1
7
1
8
1
9
2
0
R
F
P
G
N
D
R
F
N
N
C
N
C
V
C
C
N
C
N
C
N
C
R
E
S
V
30
29
28
27
26
25
24
23
22
21
PACTL / GPIO
XOUT / GPIO
MISO / GPIO
MOSI / SDAT
IRQ / GPIO
SCK
SS
NC
NC
NC
表 1. 引脚说明 — CYRF7936 40 引脚 QFN
引脚编号
13
11
10
30
1
29
25
28
27
24
26
34
37
40
35
6838
3716
33
名称
RFN
RFP
RFBIAS
PACTL
XTAL
XOUT
SCK
MISO
MOSI
SS#
IRQ
RST
LVD
VREG
VDD
VBAT(0-2)
VCC
VIO
类型 默认值
IO
IO
O
IO
I
IO
I
I
O
O
I
O
I
Z
I
I
O
I
I
IO
IO
I
IO
I
O
Pwr
Pwr
Pwr
Pwr
Pwr
描述
进出天线的差分 RF 信号。
进出天线的差分 RF 信号。
RF IO 1.8V 参考电压。
外部 PA、 T/R 开关或 GPIO 的控制信号。
12 MHz 晶体。
缓冲式 0.75、 1.5、 3、 6 或 12 MHz 时钟、 PACTL 或 GPIO。
睡眠模式时为三态 (配置为 GPIO 低电平驱动)。
SPI 时钟。
SPI 数据输出引脚 (主设备输入从设备输出)或 GPIO (在 SPI 3 引脚模式
下)。 当 SPI 3PIN = 0 且 SS# 无效时为三态。
SPI 数据输入引脚 (主设备输出从设备输入)或 SDAT。
SPI 使能,低电平有效。 使能并进行帧传输。
中断输出 (可配置的高电平有效或低电平有效)或 GPIO。
设备复位。 内部 10 kohm 下拉电阻。 高电平有效,通常通过 0.47 F 电容与
VBAT 连接。 首次对射频系统加电时必须设置 RST = 1。 否则,无线控制寄存
器的状态不确定。
PMU 感应器 / 二极管连接 (使用时)。 如果不使用,则连接到 GND。
PMU 升压输出电压反馈。
1.8V 逻辑调节器的解耦引脚,通过 0.47 F 电容连接到 GND。
VBAT = 1.8V 到 3.6V。 主电源。
VCC = 2.4V 到 3.6V。 通常连接到 VREG。
IO 接口电压, 1.8–3.6V。
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CYRF7936
表 1. 引脚说明 — CYRF7936 40 引脚 QFN (续)
引脚编号
19
2, 4, 5, 9, 14, 15,
18, 17, 20, 21, 22,
23, 32, 36, 39, 31
12
E-PAD
角标签
名称
RESV
NC
GND
GND
NC
类型 默认值
描述
I
NC
GND
GND
NC
必须连接到 GND。
连接到 GND。
地线。
必须焊接到地线。
不要焊接标签,保持其他信号线路条理清楚。 对于在垫片接地后接地的引线
框或片而言,所有标签都公用。 虽然用户可以看到它们,但它们并没有延伸
到底部。
功能概述
CYRF7936 IC 适用于工作在全球 2.4 GHz ISM 频段的无线设
备连接。 它适用于符合 ETSI EN 301 489-1 V1.41、 ETSI EN
300 328-1 V1.3.1 (欧洲)、 FCC CFR 47 Part 15 (美国和加
拿大)以及 TELEC ARIB_T66_March 2003(日本)所涵盖的
全球规范的系统。
CYRF7936 包含一个 2.4 GHz CyFi 无线调制解调器,它具备
以下功能:1 Mbps GFSK 无线前端、包数据缓冲、包成帧器、
DSSS 基带控制器以及接收信号强度指示 (RSSI)。 CYRF7936
具备一个用于数据传输和设备配置的 SPI 接口。
CyFi 无线调制解调器支持 98 个 1 MHz 离散频道 (某些行政
管辖权的法规可能会限制其中一些频道的使用)。
基带执行 DSSS 扩频 / 解扩、包开始 (SOP)、包结束 (EOP) 检
测以及 CRC16 生成和检查。 基带还可以配置为在接收到有效
包后立即自动发送确认 (ACK) 握手包。
当处于接收模式时,如果启用包成帧功能,设备即可随时接收
以任何可支持的比特率发送的数据。 这样就可以实现不同设备
使用不同数据速率的混合速率系统。 这还可以实现在较短距离
或在中低干扰环境 (或两种因素兼备的环境)中,使用高数据
速率的可变数据速率系统。 而在较长距离或在高干扰环境(或
两种因素兼备的环境)中,它会变为低数据速率。
此外,CYRF7936 IC 还带有电源管理装置 (PMU),可将设备直
接连接到电压在 1.8V 到 3.6V 范围内的任何电池。 PMU 会根据
设备所需的电源电压来调节电池电压,并可为外部设备供电。
数据传输模式
CyFi 无线收发器支持两种不同的数据传输模式:
■ 在 GFSK 模式中,数据以 1 Mbps 的速率传输,没有任何
DSSS。
■ 在 8DR 模式下,DSSS 使能,而且在传输的每个导出码符号
中都会有八位是经过编码的。
在 8DR 模式下支持 64 码片和 32 码片伪噪声 (PN) 编码。 通
常,在既定的环境下较低的数据速率会降低包错误率。
包成帧
CYRF7936 IC 设备支持以下数据包成帧功能:
SOP
包以两个符号的包开始 (SoP) 标记为开头。 用于 SOP 的
SOP_CODE_ADR
编码 与用 于包 “主 体”的
SOP_CODE_ADR PN 编码不同,而且如有必要,长度也可以
不同。 必须将 SOP 配置为在链路两端长度相同。
PN
长度
这是 SOP 符号之后的第一个八位,按照有效载荷数据速率传
输。 在收到长度字段中定义的字节数加上两个用于 CRC16 的
字节后,会推断一个 EoP 条件。
CRC16
可以将设备配置为 在每个包后面附加一 个 16 位 CRC16。
CRC16 使用 USB CRC 多项式,而且种子具有可编程性。 启
用后,接收器会根据 CRC16 字段中接收到的值与有效载荷数
据计算的 CRC16 做校验。 CRC16 计算的种子值是可配置的,
而且传输的 CRC16 可以使用加载的种子值或零种子来计算;
接收 到的 数据 CRC16 时会 根据 配置的 CRC16 种子和 零
CRC16 种子进行检查。
文件编号: 001-50428 修订版 **
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CYRF7936
CRC16 可检测以下错误:
■ 任何一个错误的位。
■ 任何两个错误的位 (无论离得多远,哪个列等等)。
■ 任何奇数个错误的位 (无论位置如何)。
■ 一个与校验和自身一样等宽的错误突发。
图 2 显示一个包含 SOP、CRC16 和长度字段的示例包,图 3 显
示标准的 ACK 包。
P ream ble
n x 16us
2nd F ram ing
S ym bol*
图 2. 包格式示例
P
S O P 1
S O P 2
L en g th
P aylo ad D ata
C R C 16
1st F ram ing
S ym bol*
P acket
length
1 B yte
P eriod
P r e a m b le
n x 1 6 u s
2 n d F r a m in g
S y m b o l*
图 3. ACK 包格式示例
P
S O P 1
S O P 2
C R C 1 6
1 s t F r a m in g
S y m b o l*
C R C f ie ld f r o m
r e c e iv e d p a c k e t .
2 B y t e p e r io d s
*N ote:32 or 64us
* N o t e : 3 2 o r 6 4 u s
数据包缓冲区
所有数据传输和接收都使用 16 字节数据包缓冲区 — 一个用于传
输,一个用于接收。
传输缓冲区允许在一个突发 SPI 事务处理中加载包含多达 16 字
节有效载荷数据的完整包。 然后,它会在没有进一步的 MCU 干
预的情况下进行传输。 类似地,接收缓冲区允许在无需固件干预
的情况下接收包含多达 16 字节有效载荷数据的完整包,直到包
接收完成为止。
CYRF7936 IC 支持多达 255 字节的包。 但是,实际的最大包长
度取决于链路各端的时钟精确度以及数据模式。 提供的中断可允
许 MCU 将传输和接收缓冲区用作 FIFO。 当传输大于 16 字节的
包时,MCU 可以首先加载 16 字节,然后随着数据传输,传输缓
冲区将有空闲,再将其他字节加载到缓冲区中。 类似地,当接收
长度大于 16 字节的包时, MCU 必须在包接收期间定期从 FIFO
中获取接收到的数据,以防止数据溢出。
自动事务处理序列发生器 (ATS)
CYRF7936 IC 为已确认数据包的传输和接收提供自动化支持。
在事务处理模式下传输时,设备会自动:
■ 启动晶体和合成器
■ 进入传输模式
■ 对传输缓冲区中的包进行传输
■ 转到接收模式并等待 ACK 包
■ 在接收到 ACK 包或超时后,转到事务处理结束状态
类似地,在事务处理模式下接收时,设备会自动:
■ 在接收模式下等待接收有效的包
■ 转到传输模式,传输 ACK 包
■ 转到事务处理结束状态 (接收模式,以等待下一个包等等)
数据包缓冲区的内容不受 ACK 包传输或接收的影响。
在所有情况下,整个包事务处理均无需任何 MCU 固件参与 (只
要使用的包不超过 16 字节即可)。 要传输数据,MCU 必须加载
要传输的数据包、设置长度,并设置 TX GO 位。 类似地,在事
务处理模式下接收包时,固件必须检索所有接收到的包,并响应
表明包接收的中断请求。
数据速率
CYRF7936 IC 通过组合前面小节中讲述的 PN 编码长度和数据
传输模式,支持以下数据速率:
■ 1000 kbps (GFSK)
■ 250 kbps (32 码片 8DR)
■ 125 kbps (64 码片 8DR)
文件编号: 001-50428 修订版 **
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CYRF7936
功能模块概述
2.4 GHz CyFi 无线调制解调器
CyFi 无线调制解调器是一种二次变频低中频体系架构,针对功
率、范围和鲁棒性进行了优化。 在有干扰时,CyFi 无线调制解调
器采用信道匹配滤波器实现高性能。 集成的功率放大器 (PA) 提
供最大 +4 dBm 的发射功率,输出功率控制范围为 34 dB,七个
步长。 设备的供电电流随着 RF 输出功率的降低而降低。
表 2. 内部 PA 输出功率步长表
PA 设置
典型的输出功率 (dBm)
7
6
5
4
3
2
1
0
+4
0
–5
–13
–18
–24
–30
–35
频率合成器
必须先建立频率合成器,才可以开始传输或接收。 建立时间根据
信道而变化; CYRF7936 提供了 25 个快速信道,其最大建立时
间为 100 μs。
“快速信道”(建立时间小于 100 μs)为每三个信道一个,从 0
开始,直到 72 且包括 72 (例如, 0、 3、 6、 9 … 69、 72)。
基带和成帧器
基带和成帧器模块提供 DSSS 编码和解码、 SOP 生成和接收、
CRC16 生成和检查,以及 EOP 检测和长度字段。
数据包缓冲区和无线配置寄存器
包数据和配置寄存器是通过 SPI 接口访问的。 所有配置寄存器
都 通 过 SPI 包中 的 地 址 字 段直 接 寻 址。 配 置 寄存 器 允 许 对
DSSS PN 编码、数据速率、工作模式、中断屏蔽、中断状态等
进行配置。
SPI 接口
CYRF7936 IC 有一个 SPI 接口,支持一个应用 MCU 和一个或多
个从设备 (包括 CYRF7936)之间的通信。 SPI 接口支持使用 4
引脚或 3 引脚接口进行的单字节和多字节串行传输。 SPI 通信接
口包含从属选择 (SS#)、串行时钟 (SCK)、主设备输出从设备输
入 (MOSI)、主设备输入从设备输出 (MISO) 或串行数据 (SDAT)。
SPI 通信描述如下:
■ 命令定向 (位 7) = “1”启用 SPI 写事务。 当它等于 “0”
时,它会启用 SPI 读事务。
■ 命令递增 (位 6) = “1”启用 SPI 自动地址递增。 设置后,
地址字段会在突发访问中每个数据字节的结尾自动递增。 否
则,会访问同一地址。
■ 6 位地址
■ 8 位数据
设备从 SCK 引脚上接收来自应用 MCU 的 SCK。 来自应用 MCU
的数据在 MOSI 引脚上移入。 传输到应用 MCU 的数据在 MISO
引脚上移出。 必须触发低电平有效的从属选择 (SS#) 引脚,才能
启动 SPI 传输。
应用 MCU 可以使用多字节事务处理来启动 SPI 数据传输。 第一
个字节是命令 / 地址字节,接下来的字节是数据字节,如第 6 页
的图 4 到第 6 页的图 7 所示。
SPI 通信接口具有突发机制,可根据需要在第一个字节后跟任意
长度数据字节。 突发事务处理可通过使无效从属选择 (SS# = 1)
来终止。
SPI 通信接口单个读取和突发读取序列分别如第 6 页的图 5 和第
6 页的图 6 所示。
SPI 通信接口单个写入和突发写入序列分别如第 6 页的图 7 和第
6 页的图 8 所示。
该接口也可在 3 引脚模式下工作,此时 MISO 和 MOSI 功能实现
在单个双向数据引脚 (SDAT) 中。 当使用 3 引脚模式时,用户固
件必须确保 MCU 上的 MOSI 引脚处于高阻抗状态 (MOSI 正在
有效传输数据时除外)。
一次可以向设备寄存器写入一个字节或从中读取一个字节,也可
以使用递增突发模式在单个 SPI 事务处理中写入或读取多个地址
上连续的寄存器。 除单字节配置寄存器外,设备还包含寄存器文
件。 寄存器文件是使用非递增突发 SPI 事务处理 FIFO 写入或读
取。
IRQ 引脚功能可以多路复用到 MOSI 引脚上。 启用该选项后,
IRQ 功能在 SS# 引脚处于低电平时不可用。 当使用该配置时,只
要 SS# 处于高电平,用户固件就必须确保 MCU 上的 MOSI 引脚
处于高阻抗状态。
SPI 接口不依赖于内部 12 MHz 时钟。 因此,可以在设备处于睡
眠模式而且 12 MHz 振荡器禁用时,对寄存器进行读取或写入。
SPI 接口以及 IRQ 和 RST 引脚均有独立的电压参考引脚 (VIO)。
这可让设备直接连接到工作电压低于 CYRF7936 IC 供电电压的
MCU。
文件编号: 001-50428 修订版 **
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CYRF7936
位编号
位名称
7
DIR
6
INC
第 1 个字节
[5:0]
地址
第 1+N 个字节
[7:0]
数据
图 4. SPI 事务处理模式
图 5. SPI 单个读取序列
SCK
SS
MOSI
MISO
SCK
SS
MOSI
MISO
SCK
SS
MOSI
MISO
SCK
SS
MOSI
MISO
cmd
DIR
0
INC
A5
A4
addr
A3
A2
A1
A0
data to mcu
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
图 6. SPI 递增突发读取序列
cmd
DIR
0
INC
A5
A4
addr
A3
A2
A1
A0
data to mcu1
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
D7
D6
图 7. SPI 单个写入序列
data to mcu1+N
D5
D2
D3
D4
cmd
DIR
1
INC
A5
A4
addr
A3
A2
A1
A0
D7
D6
data from mcu
D2
D3
D4
D5
D1
D0
图 8. SPI 递增突发写入序列
cmd
DIR
1
INC
A5
A4
addr
A3
A2
A1
A0
D7
D6
data from mcu1
D5
D2
D3
D4
D1
D0
D7
D6
data from mcu1+N
D5
D2
D3
D4
D1
D0
D1
D0
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CYRF7936
中断
设备提供一个中断 (IRQ) 输出,可对其进行配置,以指明多种不
同事件的发生。 IRQ 引脚可以编程为高电平有效或低电平有效,
并可以是 CMOS 或开漏输出。 可用中断如第 12 页的寄存器描述
一节所述。
CYRF7936 IC 采用三组中断: 传输、接收和系统中断。 这些中
断都共享单个引脚 (IRQ),但可以独立启用或禁用。 在传输和接
收模式之间切换时,会保留使能寄存器的内容。
如果启用多个中断,则必须读取相关的状态寄存器,以确定导致
IRQ 引脚触发的事件。 甚至在给定的中断源被禁用时,可能导致
中断的条件的状态也可以通过读取相应的状态寄存器来确定。 因
此,通过轮询状态寄存器以等待事件,而不使用 IRQ 引脚,就可
以在没有 IRQ 引脚的情况下使用设备。
时钟
12 MHz 晶体 (30 ppm 或更佳)直接连接在 XTAL 和 GND 之
间,而无需外部电容。 提供数字时钟输出功能,可选输出频率为
0.75、1.5、3、6 或 12 MHz。 该输出可用作外部微控制器 (MCU)
或 ASIC 的时钟。 该输出默认为启用,但可以将其禁用。
直接将晶体与 XTAL 引脚和 GND 连接时,需满足以下要求:
■ 额定频率: 12 MHz
■ 工作模式: 基础模式
■ 谐振模式: 并联谐振
■ 频率起始稳定性: ±30 ppm
■ 串联电阻: <60 欧姆
■ 负载电容: 10 pF
■ 驱动级别: 100 W
电源管理
设备的工作电压为直流 1.8V 到 3.6V,这供应于 VBAT 引脚。 可
以将设备关闭到完全的静态睡眠模式,只需通过 SPI 接口在
XACT_CFG_ADR 寄存器中写入 FRC END = 1 和 END STATE
= 000 位即可。 在该 SPI 事务处理结束的最后一个 SCK 上升沿
35 s 后,设备会进入睡眠模式。 或者,可以将设备配置为在完成
包传输或接收后自动进入睡眠模式。 在睡眠模式时,片上振荡器
会被停止,但 SPI 接口仍正常工作。 当设备接到命令进入传输或
接收模式时,就会自动从睡眠模式醒来。 如果从睡眠模式恢复工
作,则在振荡器重新启动时会有短暂的延迟。 设备可以配置为在
振荡器稳定后触发 IRQ 引脚。
电源管理装置 (PMU) 的输出电压 (VREG) 是可配置的,可以将其
配置为 2.4V 和 2.7V 之间的多个最小值。 VREG 可以用于为外部
设备提供最大 15 mA (平均负载)的电流。 可以禁用 PMU 并为
设备的主电源提供范围为 2.4V 到 3.6V 的外部控制直流供电电
压。 另外, PMU 还为逻辑提供受控 1.8V 电源。
PMU 适用于在使用 Schottky 二极管和强力感应器时提供高升压
效率 (74ñ85%,取决于输入电压、输出电压和负载),从而使
得许多有其他组件需要提升电压的系统不再需要外部升压转换
器。 但是,当使用 SOT23 二极管和 0805 感应器等低成本器件
时,可以实现合理的效率 (69–82%,取决于输入电压、输出电
压和负载)。
另外,PMU 还提供可配置的低电池电量检测功能,可以通过 SPI
接口读取。 可以选择使用 1.8V 和 2.7V 之间的七个阈值之一。 可
以将中断引脚配置为在 VBAT 引脚上的电压下降至配置的阈值以
下时触发。 LV IRQ 不是闭锁事件。 当设备处于睡眠模式时,会
禁用电池监视功能。
低噪声放大器和接收信号强度指示
接收器的增益可通过清除 AGC EN 位并写入 RX_CFG_ADR 寄
存器的低噪声放大器 (LNA) 位来直接控制。 清除 LNA 位会将接
收器增益降低大约 20 dB,从而可以精确接收极强的接收信号
(例如,在非常靠近发射器的位置操作接收器时)。 通过设置衰
减 (ATT) 位可以添加大约 30 dB 的接收器衰减。 这会将设备上的
数据接收限制在极短的范围内。 建议禁用 AGC 并启用 LNA,除
非是接收使用外部 PA 设备上的数据。
当设备处于接收模式时,RSSI_ADR 寄存器会返回同频信号功率
的相对信号强度。
接收时,设备会自动测量所接收信号的相对强度,并将其存储为
一个 5 位的值。 检测到 SoP 后,会自动获取 RSSI 读数。 此外,
每次从 RSSI_ADR 寄存器读取前一个读数时,都会获取新的
RSSI 读数,从而使得在不接收任何信号的情况下,当读取 RSSI
时,能够轻松测量到任何给定信道上的背景 RF 能量级别。 新的
读数可以很快发生,达到每 12 s 一次。
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CYRF7936
应用示例
图 9. VBAT ≤ 2.4V 时的推荐系统电路
6
3
9
7
F
R
Y
C
文件编号: 001-50428 修订版 **
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